search query: @supervisor Ikkala, Olli / total: 39
reference: 7 / 39
« previous | next »
Author:Poutanen, Mikko Sakari
Title:Tailoring biomimetic cellulose/polymer nanocomposites
Nanofibrillaarinen selluloosa/polymeeri komposiittien optimointi
Publication type:Master's thesis
Publication year:2013
Pages:74      Language:   eng
Department/School:Perustieteiden korkeakoulu
Main subject:Optiikka ja molekyylimateriaalit   (Tfy-125)
Supervisor:Ikkala, Olli
Instructor:Walther, Andreas
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  247   | Archive
Keywords:nanofibrillated cellulose
nanocomposite
biomimicry
nanopaper
polyelectrolyte
nanofibrillaarinen selluloosa
nanokomposiitti
biomimetiikka
nanopaperi
polyelektrolyytti
Abstract (eng): Biological materials, like nacre and spider silk show exceptionally good mechanical properties.
Therefore the biological nanocomposites are used as model compounds inspiring the field of biomimicry and they illustrate the importance of control from molecular level to macroscale by using highly optimized hierarchical structures.
The resulting stiff and tough, bio-based nanocomposite materials are desired for many applications, but the combination has proved to be elusive.
A good basis for creating such stiff and tough nanocomposites is nanofibrillated cellulose (NFC), which is renewable, abundant and has good mechanical properties.
The elementary NFC fibrils have modulus of as high as 130 GPa, strength in the range of gigapascals, diameters of 2-4 nm and very high aspect ratios, making them good for nanocomposite materials.
Previous studies have combined NFC with multiple polymer matrices, but it has generally proved to be hard to achieve significantly increased toughness in the composites while preserving the stiffness.
This illustrates the complexity and some lack of fundamental understanding of the NFC composites.

This thesis uses a concept of preparing nanocomposites by forming well-defined core-shell particles by polyelectrolyte adsorption.
The well-defined structure allows a systematic study on the composite properties by varying the NFC/polymer ratio and the strength of the polyelectrolyte.
The changes in the polyelectrolyte properties are expected to alter the stress transfer properties between the NFC fibrils, and with the weaker polyelectrolytes the composites are expected to allow energy dissipating frictional sliding between the NFC fibers.
Similar changes in the dynamics of the composites are expected from altering the moisture content in the nanopapers, and they are also studied.
With the systematic study, the important deformation mechanisms can be recognized and understood, which helps in the design of high toughness NFC composite materials.

It was found out that in nanocomposites with high NFC content, the network structure dominates the mechanical performance of the composites because of the extremely high specific surface area of the NFC.
Therefore, the composites cannot be considered as simple soft and hard matrix composites.
Expectedly, stronger fiber-fiber interactions lead to stiffer composites, but weaker interactions did not lead to highly increased strains.
It is shown that especially the deformation and breaking mechanisms limiting the strains at break arise from the NFC network structures, which are highly dependent on sample preparation procedures.
Abstract (fin): Biologiset materiaalit kuten helmiäinen ja hämähäkin silkki ovat mekaanisesti hämmästyttävän vahvoja, jonka vuoksi kyseisiä bionanokomposiitteja käytetään malleina biomimetiikassa, jossa ne materiaaleina korostavat erityisesti pitkälle optimoitujen molekyylitasolta aina makrotasolle yltävien hierarkkisten rakenteiden tärkeyttä.
Näin syntyviä jäykkiä ja sitkeitä bio-pohjaisia nanokomposiittimateriaaleja tarvitaan useisiin sovelluksiin, mutta näiden ominaisuuksien yhdistäminen on vaikeaa.
Nanofibrillaarisella selluloosalla on erinomaiset lähtökohdat jäykkien ja sitkeiden nanokomposiittien kehittämiseen.
Nanofibrillaarinen selluloosa (NFC) on uusiutuvaa, sitä on runsaastin saatavilla ja sillä on hyvät mekaaniset ominaisuudet.
Yksittäisten NFC kuitujen moduuli on jopa 130 GPa, vetolujuus gigapascalien suuruusluokkaa, halkaisija 2-4 nm ja halkaisija-pituus-suhde erittäin suuri.
Aiemmissa tutkimuksissa nanofibrillaarista selluloosaa on yhdistetty useiden eri polymeerien kanssa, mutta on osoittautunut vaikeaksi luoda sitkeitä komposiitteja, jotka ovat samalla jäykkiä.
Tämä kuvaa NFC pohjaisten komposiittien monimutkaisuutta ja perusteellisen ymmärryksen puutetta.

Tässä työssä valmistetaan nanofibrillaarisesta selluloosasta nanokomposiitteja muodostamalla hyvin määriteltyjä ydin-kuori rakenteita polyelektrolyyttien adsorption avulla.
Hyvin määritelty rakenne mahdollistaa systemaattisen tutkimuksen komposiittien ominaisuuksista muuttamalla NFC/polymeeri suhdetta ja polyelektrolyytin varaustiheyttä.
Muutoksien polyelektrolyytin ominaisuuksissa odotetaan muuttavan kuormituksen välittymistä NFC kuitujen välillä, ja heikommilla polyelektrolyyteillä komposiittien odotetaan mahdollistavan kuitujen kitkallisen liukumisen.
Muutosten odotetaan olevan samanlaisia kuin mitä voidaan saada aikaan eri suhteellisilla kosteuksilla, joten myös suhteellisten kosteuksien vaikutuksia komposiittien ominaisuuksiin tutkittiin.
Systemaattisella tutkimuksella voidaan tunnistaa ja ymmärtää tärkeimmät NFC komposiittien muodonmuutosmekanismit, mikä on erityisen tärkeää uusien komposiittimateriaalien suunnittelulle.

Työssä havaittiin, että NFC:n muodostama verkostorakenne hallitsee voimakkaasti nanokomposiittien muodonmuutosmekanismeja suurilla NFC:n tilavuusosuuksilla.
Tämä johtuu NFC:n erittäin suuresta ominaispinta-alasta ja siihen liittyvästä polymeeriketjujen liikkeen rajoittumisesta, josta johtuen komposiitteja ei voida ajatella yksinkertaisina pehmeä-kova matriisi komposiitteina.
Odotetusti voimakkaammat kuitujen väliset vuorovaikutukset johtivat jäykempiin komposiitteihin, mutta heikommat eivät johtaneet kasvaneisiin venymiin NFC-verkoston hallitsevuuden vuoksi.
Lisäksi tämä työ korostaa erityisesti NFC verkoston rakenteen muutoksien merkitystä, jotka aiheuttavat voimakkaan riippuvuuden näytteenvalmistusmenetelmästä.
ED:2013-10-07
INSSI record number: 47294
+ add basket
« previous | next »
INSSI